Identifying Key Amino Acid Residues That Affect α-Conotoxin AuIB Inhibition of α3β4 Nicotinic Acetylcholine Receptors

同源建模 烟碱乙酰胆碱受体 丙氨酸扫描 化学 丙氨酸 乙酰胆碱受体 结合位点 生物化学 蛋白质亚单位 烟碱激动剂 生物物理学 立体化学 突变 受体 氨基酸 生物 突变体 基因
作者
Anton A. Grishin,Hartmut Cuny,Andrew Hung,Richard J. Clark,Andreas Brust,Kalyana Bharati Akondi,Paul F. Alewood,David J. Craik,David J. Adams
出处
期刊:Journal of Biological Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:288 (48): 34428-34442 被引量:43
标识
DOI:10.1074/jbc.m113.512582
摘要

α-Conotoxin AuIB is a selective α3β4 nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) subtype inhibitor. Its analgesic properties are believed to result from it activating GABAB receptors and subsequently inhibiting CaV2.2 voltage-gated calcium channels. The structural determinants that mediate diverging AuIB activity at these targets are unknown. We performed alanine scanning mutagenesis of AuIB and α3β4 nAChR, homology modeling, and molecular dynamics simulations to identify the structural determinants of the AuIB·α3β4 nAChR interaction. Two alanine-substituted AuIB analogues, [P6A]AuIB and [F9A]AuIB, did not inhibit the α3β4 nAChR. NMR and CD spectroscopy studies demonstrated that [F9A]AuIB retains its native globular structure, so its activity loss is probably due to loss of specific toxin-receptor residue pairwise contacts. Compared with AuIB, the concentration-response curve for inhibition of α3β4 by [F9A]AuIB shifted rightward more than 10-fold, and its subtype selectivity profile changed. Homology modeling and molecular dynamics simulations suggest that Phe-9 of AuIB interacts with a two-residue binding pocket on the β4 nAChR subunit. This hypothesis was confirmed by site-directed mutagenesis of the β4-Trp-59 and β4-Lys-61 residues of loop D, which form a putative binding pocket. AuIB analogues with Phe-9 substitutions corroborated the finding of a binding pocket on the β4 subunit and gave further insight into how AuIB Phe-9 interacts with the β4 subunit. In summary, we identified critical residues that mediate interactions between AuIB and its cognate nAChR subtype. These findings might help improve the design of analgesic conopeptides that selectively "avoid" nAChR receptors while targeting receptors involved with nociception.

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